CN114921679B - 一种抗硫化银基电触头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电接触材料领域,尤其是一种具有优良抗硫化能力的银基电触头材料。在传统的银镍材料基础上,本发明采用银钛铜钒合金材料替代银作为基体材料,采用镍钴合金替代镍,发现可明显提高银和镍的抗硫化能力,所制备的银基电触头材料具有优良的抗硫化变色能力,触头表面具有小而稳定的接触电阻,在较小的电流等级下具有优异的导通性能。
Description
技术领域
本发明属于电接触材料领域,尤其是一种具有优良抗硫化能力的银基电触头材料。
背景技术
银镍电触头材料具有良好的导电性能和导热性能,小电流条件下抗电弧烧损能力优良,接触电阻低且稳定。银镍电触头材料加工性能优良,制造成本较低,易于大批量生产,而且是一种环保材质的电触头材料,所以在25A及以下电流等级的交流接触器和继电器中得到广泛应用。但是,在硫离子含量较高的环境中,银镍电触头材料表面容易硫化,形成一层硫化银薄膜,导致接触电阻急剧上升,在较小的电流等级和较小的接触压力下,硫化银薄膜无法被击穿,就会导致开关电器由于不导通而失效。
如何提高银镍电触头材料在较小电流等级和较小接触压力条件下的抗硫化能力,降低接触电阻,具有重要的实际应用价值。目前,常用的降低银镍电触头材料接触电阻的方法有两种,第一种方法是焊接/铆接后的触头组件整体涂覆保护剂,在触头表面形成一层保护剂薄膜,减少银镍电触头材料与环境中硫离子的接触,这种改善方法是目前最常用的处理方法,但是其局限性在于,经过保护剂处理后的触头组件不能再进行热处理,另外保护剂层只能在开关电器使用前实现防护,触头之间经过电接触或者机械接触后,防硫化保护剂薄膜被破坏,失去保护效果;第二种方法是在银镍触头材料表面增加镀金层,最常见的方案是在铆钉型银镍触头表面电镀镀金,以及在银镍异型带材表面采用磁控溅射方式喷涂金或者金合金薄膜层,改善银镍电接触材料表面由于银硫化而导致的接触电阻上升现象,这种方案由于成本很高,通常都是应用在对接通可靠性要求极高的领域,例如通信继电器、铁路信号继电器、车载继电器等领域,同时,由于镀金层的厚度较薄,在使用前以及使用初期的防护效果极好,当镀金层被电弧完全烧蚀之后,银镍电接触材料重新暴露在空气中,较长时间未进行带载接触时,触头表面的银与空气中的硫离子反应形成硫化银,导致开关电器出现接触电阻高以及不导通现象。
所以,开发一种具有优良的抗硫化能力的银基电触头材料,提升银基电接触材料在较小电流等级和较小接触压力条件下的接通能力,替代银镍触头材料,对于采用银镍作为触头材料的开关电器能够正常应用在硫离子含量较高的恶劣工况条件,具有很高的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决银镍电触头材料在较小电流等级和较小接触压力条件下容易出现不导通的现象,提高银镍电触头材料的接通能力和恶劣环境条件下的适用性。银镍触头材料表面硫化,其主要原因是银和镍与空气中的硫离子发生反应形成金属硫化物,所以要彻底改善银镍触头材料的抗硫化变色能力,首先就要提高银和镍的抗硫化能力,使银和镍与硫离子的反应速度降低。
为实现上述目的,本发明的技术方案包括以下内容:
一种抗硫化银基电触头材料,其包括银钛铜钒合金和镍钴合金。
进一步设置,所述银基电触头材料包括以下质量百分比含量的成分:5%≤镍≤20%,0.1%≤钴≤0.5%,2%≤钛≤8%,0.5%≤铜≤1.5%,0.05%≤钒≤0.15%,余量为银。
如上所述的抗硫化银基电触头材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将钛、铜、钒制备成为三元合金颗粒;
(2)将银熔化形成金属熔液,然后加入所述三元合金颗粒,熔炼形成银合金熔液,采用雾化设备制备成为银合金粉末;
(3)所述银合金粉末经烘干和筛分处理后,与镍钴合金粉末在混粉设备中混合均匀,制备成为混合粉末;
(4)所述混合粉末采用冷等静压设备压制成锭坯,在还原性气氛下烧结,经挤压、拉拔、热处理、冷镦成型制备成为铆钉触点,或者经挤压、拉拔、热处理、型轧制备成为异型带材。
进一步设置,步骤(1)中,采用真空造粒机将钛、铜、钒制备成为三元合金颗粒。
进一步设置,步骤(1)所制备得到的三元合金颗粒直径为1-2mm或将制备得到的三元合金颗粒保留直径为1-2mm部分进行过筛处理。
进一步设置,真空造粒温度1800℃-2000℃,真空度≤1.0×10-2Pa。
进一步设置,步骤(2)中,所述雾化设备为水雾化设备、气雾化设备或射频等离子体球化制粉设备。
进一步设置,步骤(3)中,所述镍钴合金粉末平均粒度为1-20μm。
进一步设置,步骤(4)中,所述还原性气氛为氢气或氨分解气。
本发明具有的优点和积极效果如下:
1. 在传统的银镍材料基础上,本发明采用银钛铜钒合金材料替代银作为基体材料,采用镍钴合金替代镍,发现可明显提高银和镍的抗硫化能力,所制备的银基电触头材料具有优良的抗硫化变色能力,触头表面具有小而稳定的接触电阻,在较小的电流等级下具有优异的导通性能;
2. 本发明采用真空造粒机制备中间合金颗粒,将增强相合金以合金颗粒的形式加入银基体中,确保所制备的银钛铜钒合金成分均匀,减少晶间腐蚀,具有优良的抗硫化能力;
3. 本发明设计的工艺路线简单,与常规的银镍材料生产工艺基本相同,材料利用率高,生产周期短,适合大批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1是本发明一种抗硫化银基电触头材料制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述,只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限定,该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例一:
a)将1.6kg钛、0.1kg铜、0.01kg钒放入真空造粒机的石墨坩埚中,预抽真空至≤1.0×10-2Pa,加热至1800℃,充分合金化后,制备成为直径1-2mm合金颗粒,合金颗粒150℃烘干1h;
b) 将17.19kg银加入高压水雾化设备的石墨坩埚中,完全熔化至液态后升温至1250℃,加入钛铜钒三元合金颗粒,熔炼形成银合金熔液,采用高压水雾化设备制备成为银合金粉末;
c)所述银合金粉末150℃烘干3h,过筛-200目,加入混粉设备中,然后加入1.1kg平均粒度1μm的镍钴合金粉末,混合4h,制备成为混合粉末;
d) 所述混合粉末采用冷等静压设备压制成锭坯,在氢气气氛下烧结,经挤压、拉拔、热处理、冷镦成型制备成为铆钉触点,或者经挤压、拉拔、热处理、型轧制备成为异型带材。
实施例二:
a)将0.2kg钛、0.15kg铜、0.015kg钒放入真空造粒机的石墨坩埚中,预抽真空至≤1.0×10-3Pa,加热至2000℃,充分合金化后,制备成为直径1-2mm合金颗粒,合金颗粒150℃烘干2h;
b) 将7.625kg银加入气雾化设备的石墨坩埚中,完全熔化至液态后升温至1300℃,加入钛铜钒三元合金颗粒,熔炼形成银合金熔液,采用气雾化设备制备成为银合金粉末;
c)所述银合金粉末120℃烘干5h,过筛-100目,加入混粉设备中,然后加入2.01kg平均粒度20μm的镍钴合金粉末,混合6h,制备成为混合粉末;
d) 所述混合粉末采用冷等静压设备压制成锭坯,在氢气气氛下烧结,经挤压、拉拔、热处理、冷镦成型制备成为铆钉触点,或者经挤压、拉拔、热处理、型轧制备成为异型带材。
实施例三:
a)将1kg钛、0.2kg铜、0.02kg钒放入真空造粒机的石墨坩埚中,预抽真空至≤5.0×10-3Pa,加热至1900℃,充分合金化后,制备成为直径1-2mm合金颗粒,合金颗粒120℃烘干4h;
b) 将16.72kg银加射频等离子体球化制粉设备的石墨坩埚中,完全熔化至液态后升温至1250℃,加入钛铜钒三元合金颗粒,熔炼形成银合金熔液,采用射频等离子体球化制粉设备制备成为银合金粉末;
c)所述银合金粉末150℃烘干3h,过筛-200目,加入混粉设备中,然后加入2.06kg平均粒度10μm的镍钴合金粉末,混合5h,制备成为混合粉末;
所述混合粉末采用冷等静压设备压制成锭坯,在氨分解气气氛下烧结,经挤压、拉拔、热处理、冷镦成型制备成为铆钉触点,或者经挤压、拉拔、热处理、型轧制备成为异型带材。
实施例1-3和常规传统的银镍触头材料的性能对比如下表所示,可见本发明所制备的银基电触头材料相比传统的银镍材料具有更加优良的抗硫化变色能力,触头表面具有小而稳定的接触电阻,在较小的电流等级下具有优异的导通性能:
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种抗硫化银基电触头材料,其特征在于,
所述抗硫化银基电触头材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤(1)将钛、铜、钒制备成为三元合金颗粒;
步骤(2)将银熔化形成金属熔液,然后加入所述三元合金颗粒,熔炼形成银合金熔液,采用雾化设备制备成为银合金粉末;
步骤(3)所述银合金粉末经烘干和筛分处理后,与镍钴合金粉末在混粉设备中混合均匀,制备成为混合粉末;
步骤(4)所述混合粉末采用冷等静压设备压制成锭坯,在还原性气氛下烧结,经挤压、拉拔、热处理、冷镦成型制备成为铆钉触点,或者经挤压、拉拔、热处理、型轧制备成为异型带材;
所述银基电触头材料包括以下质量百分比含量的成分:5%≤镍≤20%,0.1%≤钴≤0.5%,2%≤钛≤8%,0.5%≤铜≤1.5%,0.05%≤钒≤0.15%,余量为银。
2.根据权利要求1所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:步骤(1)中,采用真空造粒机将钛、铜、钒制备成为三元合金颗粒。
3.根据权利要求2所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:步骤(1)所制备得到的三元合金颗粒直径为1-2mm或将制备得到的三元合金颗粒保留直径为1-2mm部分进行过筛处理。
4.根据权利要求2所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:真空造粒温度1800℃-2000℃,真空度≤1.0×10-2Pa。
5.根据权利要求1所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:步骤(2)中,所述雾化设备为水雾化设备、气雾化设备或射频等离子体球化制粉设备。
6.根据权利要求1所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:步骤(3)中,所述镍钴合金粉末平均粒度为1-20μm。
7.根据权利要求1所述的抗硫化银基电触头材料,其特征在于:步骤(4)中,所述还原性气氛为氢气或氨分解气。
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